الطاقة الحرارية

يُستخدم مصطلح " الطاقة الحرارية " غالبًا بشكلٍ غامض في الفيزياء والهندسة. ^{[ 1 ]} ويمكن أن يشير إلى عدة مفاهيم فيزيائية مختلفة، بما في ذلك:

الطاقة الداخلية : الطاقة الموجودة داخل جسم من المادة أو الإشعاع، باستثناء الطاقة الكامنة للنظام بأكمله.
الحرارة : الطاقة المنتقلة بين النظام ومحيطه بآليات أخرى غير العمل الديناميكي الحراري وانتقال المادة.
الطاقة المميزة $k B T$ ، حيث $T$ تشير إلى درجة الحرارة و $k B$ تشير إلى ثابت بولتزمان ؛ وهي ضعف تلك المرتبطة بكل درجة من درجات الحرية.

يرى مارك زيمانسكي (1970) أن مصطلح "الطاقة الحرارية" يُفضّل تجنّبه نظرًا لغموضه. ويقترح استخدام مصطلحات أكثر دقة مثل "الطاقة الداخلية" و"الحرارة" لتجنّب الالتباس. ^{[ 1 ]} ومع ذلك، يُستخدم هذا المصطلح في بعض الكتب الدراسية. ^{[ 2 ]}

العلاقة بين الحرارة والطاقة الداخلية

في الديناميكا الحرارية ، تُعرَّف الحرارة بأنها الطاقة المنتقلة من أو إلى نظام ديناميكي حراري عبر آليات أخرى غير الشغل الديناميكي الحراري أو انتقال المادة، مثل التوصيل والإشعاع والاحتكاك. ^{[ 3 ]}^{[ 4 ]} تشير الحرارة إلى كمية تنتقل بين الأنظمة، وليست خاصية لأي نظام بعينه، أو "موجودًا" داخله؛ بينما الطاقة الداخلية والمحتوى الحراري هما خاصيتان لنظام واحد. تعتمد الحرارة والشغل على طريقة انتقال الطاقة. في المقابل، الطاقة الداخلية هي خاصية لحالة النظام ، وبالتالي يمكن فهمها دون معرفة كيفية وصول الطاقة إليها. ^{[ 5 ]}

الطاقة الحرارية الكلية

إضافةً إلى الطاقات الحركية المجهرية لجزيئاته، تشمل الطاقة الداخلية للجسم الطاقة الكيميائية الخاصة بكل جزيء، وطاقة الوضع الكلية المشتركة الناتجة عن التفاعلات بين الجزيئات وما شابهها. ^{[ 6 ]} ويمكن اعتبار الطاقة الحرارية مساهمةً في الطاقة الداخلية أو في المحتوى الحراري.

الطاقة الداخلية الكيميائية

يمكن أن تتغير الطاقة الداخلية للجسم من خلال عملية يتم فيها تحويل طاقة الوضع الكيميائية إلى طاقة غير كيميائية. في هذه العملية، يمكن للنظام الديناميكي الحراري أن يغير طاقته الداخلية عن طريق بذل شغل على محيطه، أو عن طريق اكتساب أو فقدان الطاقة على شكل حرارة. ليس من الواضح تمامًا القول ببساطة إن "طاقة الوضع الكيميائية المتحولة أصبحت طاقة داخلية". ومع ذلك، من الملائم أحيانًا القول إن "طاقة الوضع الكيميائية قد تحولت إلى طاقة حرارية". ويُعبر عن ذلك في اللغة التقليدية الشائعة بالحديث عن "حرارة التفاعل" . ^{[ 7 ]}

طاقة الوضع للتفاعلات الداخلية

في جسم مادي، وخاصة في المادة المكثفة، كالسائل أو الصلب، حيث تتفاعل الجسيمات المكونة له، كالجزيئات أو الأيونات، بقوة فيما بينها، تُسهم طاقات هذه التفاعلات إسهامًا كبيرًا في الطاقة الداخلية للجسم. ومع ذلك، لا تظهر هذه الطاقات مباشرةً في الطاقات الحركية للجزيئات، كما يتضح في درجة الحرارة. ويمكن اعتبار طاقات التفاعل هذه مساهمات في طاقات الوضع المجهرية الداخلية الكلية للجسم. ^{[ 8 ]}

الطاقة الحرارية المجهرية

في نموذج ميكانيكي إحصائي للغاز المثالي ، حيث تتحرك الجزيئات بشكل مستقل بين التصادمات اللحظية، فإن الطاقة الداخلية هي ببساطة مجموع الطاقات الحركية لجزيئات الغاز المستقلة ، وهذه الحركة الحركية هي مصدر وتأثير انتقال الحرارة عبر حدود النظام. بالنسبة لغاز لا توجد فيه تفاعلات بين الجزيئات باستثناء التصادمات اللحظية، فإن مصطلح "الطاقة الحرارية" يُعتبر مرادفًا فعليًا لمصطلح " الطاقة الداخلية ". ^{[ 9 ]}

في العديد من كتب الفيزياء الإحصائية ، تشير "الطاقة الحرارية" إلى $kT$ ، وهو حاصل ضرب ثابت بولتزمان ودرجة الحرارة المطلقة ، ويكتب أيضًا على النحو التالي : $k_{\text{B}}T$ [ 10^]^[¹¹^]^[¹²^]^[¹³^]

كثافة التيار الحراري

عندما لا يكون هناك تدفق مصاحب للمادة، يُطلق مصطلح "الطاقة الحرارية" أيضًا على الطاقة التي يحملها التدفق الحراري. ^{[ 14 ]}

انظر أيضاً

مراجع

1 2 زيمانسكي، مارك و. (1970-09-01). "استخدام كلمة "حرارة" وإساءة استخدامها في تدريس الفيزياء". مُعلِّم الفيزياء . 8 (6): 295-300 . Bibcode : 1970PhTea...8..295Z . doi : 10.1119/1.2351512 . ISSN 0031-921X .
↑ على سبيل المثال: نايت، راندال ديوي (2008). الفيزياء للعلماء والمهندسين . سان فرانسيسكو: بيرسون أديسون ويسلي. ISBN 978-0-8053-2736-6. OCLC 148732206 .
↑ بايلين، م. (1994). مسح للديناميكا الحرارية ، مطبعة المعهد الأمريكي للفيزياء، نيويورك، ISBN 0-88318-797-3، ص 82.
↑ بورن، م. (1949). الفلسفة الطبيعية للسبب والصدفة ، مطبعة جامعة أكسفورد، لندن، ص 31.
↑ روبرت ف. سباير (2012). التحليل الحراري للمواد . هندسة المواد. مارسيل ديكر، ص 2. ISBN 978-0-8247-8963-3.
↑ بايرلين، ر. (1999). الفيزياء الحرارية . مطبعة جامعة كامبريدج. ص 8–. ISBN 978-0-521-65838-6.
↑ أندرسون، جي إم (2005)، الديناميكا الحرارية للأنظمة الطبيعية (الطبعة الثانية )، مطبعة جامعة كامبريدج، رقم ISBN 978-0-521-84772-8، الصفحة 7: "نلاحظ أيضًا أن أي نوع من الطاقة يتم اختزاله (نسميه "الطاقة الكيميائية")، فهو ليس مجرد طاقة حرارية."
↑ بايرلين، ر. (1999). الفيزياء الحرارية . مطبعة جامعة كامبريدج. ISBN 978-0-521-65838-6.الصفحة 8: "طاقة الوضع بين الجزيئات (ذات أصل كهربائي في المقام الأول)".
↑ كيتل، تشارلز (2012). الفيزياء الإحصائية الأساسية . شركة كورير . ص 60. ISBN 9780486138909.
↑ رايخل، ليندا إي. (2016). دورة حديثة في الفيزياء الإحصائية . جون وايلي وأولاده . ص 154. ISBN 9783527690466.
↑ كاردار، مهران (2007). الفيزياء الإحصائية للجسيمات . مطبعة جامعة كامبريدج . ص 243. ISBN 9781139464871.
↑ فاينمان، ريتشارد ب. (2000). "آلات الحوسبة في المستقبل". أوراق مختارة لريتشارد فاينمان: مع تعليق . وورلد ساينتيفيك . ISBN 9789810241315.
↑ فاينمان، ريتشارد ب. (2018). الميكانيكا الإحصائية: مجموعة محاضرات . مطبعة سي آر سي . ص 265. ISBN 9780429972669.
↑ آش كروفت، نيل ؛ ميرمين، ن. ديفيد (1976). فيزياء الحالة الصلبة . هاركورت . ص 20. ISBN 0-03-083993-9نُعرّف كثافة التيار الحراري ${\bf {j}}^{q}$ أن يكون متجهًا موازيًا لاتجاه تدفق الحرارة، والذي يعطي مقداره الطاقة الحرارية لكل وحدة زمنية تعبر وحدة مساحة عمودية على التدفق.

[:0-1] 1 2 زيمانسكي، مارك و. (1970-09-01). "استخدام كلمة "حرارة" وإساءة استخدامها في تدريس الفيزياء". مُعلِّم الفيزياء . 8 (6): 295-300 . Bibcode : 1970PhTea...8..295Z . doi : 10.1119/1.2351512 . ISSN 0031-921X .

[m341-2] على سبيل المثال: نايت، راندال ديوي (2008). الفيزياء للعلماء والمهندسين . سان فرانسيسكو: بيرسون أديسون ويسلي. ISBN 978-0-8053-2736-6. OCLC 148732206 .

[3] بايلين، م. (1994). مسح للديناميكا الحرارية ، مطبعة المعهد الأمريكي للفيزياء، نيويورك، ISBN 0-88318-797-3، ص 82.

[4] بورن، م. (1949). الفلسفة الطبيعية للسبب والصدفة ، مطبعة جامعة أكسفورد، لندن، ص 31.

[speyer-5] روبرت ف. سباير (2012). التحليل الحراري للمواد . هندسة المواد. مارسيل ديكر، ص 2. ISBN 978-0-8247-8963-3.

[6] بايرلين، ر. (1999). الفيزياء الحرارية . مطبعة جامعة كامبريدج. ص 8–. ISBN 978-0-521-65838-6.

[7] أندرسون، جي إم (2005)، الديناميكا الحرارية للأنظمة الطبيعية (الطبعة الثانية )، مطبعة جامعة كامبريدج، رقم ISBN 978-0-521-84772-8، الصفحة 7: "نلاحظ أيضًا أن أي نوع من الطاقة يتم اختزاله (نسميه "الطاقة الكيميائية")، فهو ليس مجرد طاقة حرارية."

[8] بايرلين، ر. (1999). الفيزياء الحرارية . مطبعة جامعة كامبريدج. ISBN 978-0-521-65838-6.الصفحة 8: "طاقة الوضع بين الجزيئات (ذات أصل كهربائي في المقام الأول)".

[9] كيتل، تشارلز (2012). الفيزياء الإحصائية الأساسية . شركة كورير . ص 60. ISBN 9780486138909.

[10] رايخل، ليندا إي. (2016). دورة حديثة في الفيزياء الإحصائية . جون وايلي وأولاده . ص 154. ISBN 9783527690466.

[11] كاردار، مهران (2007). الفيزياء الإحصائية للجسيمات . مطبعة جامعة كامبريدج . ص 243. ISBN 9781139464871.

[12] فاينمان، ريتشارد ب. (2000). "آلات الحوسبة في المستقبل". أوراق مختارة لريتشارد فاينمان: مع تعليق . وورلد ساينتيفيك . ISBN 9789810241315.

[13] فاينمان، ريتشارد ب. (2018). الميكانيكا الإحصائية: مجموعة محاضرات . مطبعة سي آر سي . ص 265. ISBN 9780429972669.

[14] آش كروفت، نيل ؛ ميرمين، ن. ديفيد (1976). فيزياء الحالة الصلبة . هاركورت . ص 20. ISBN 0-03-083993-9نُعرّف كثافة التيار الحراري ${\bf {j}}^{q}$ أن يكون متجهًا موازيًا لاتجاه تدفق الحرارة، والذي يعطي مقداره الطاقة الحرارية لكل وحدة زمنية تعبر وحدة مساحة عمودية على التدفق.

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

]

[

[

[

[ 14 ]

اللغة	العربية (RTL)
روابط موسوعية	30 رابطاً
المصدر الأصلي	ويكيبيديا ↗